青藏高原的核心來(lái)自南半球?qū)呒{大陸*

丁 林 李震宇 宋培平

1 中國(guó)科學(xué)院青藏高原研究所 大陸碰撞與高原隆升重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北京 100101

2 中國(guó)科學(xué)院青藏高原地球科學(xué)卓越創(chuàng)新中心 北京 100101

青藏高原的核心來(lái)自南半球?qū)呒{大陸*

丁 林1,2李震宇1宋培平1

1 中國(guó)科學(xué)院青藏高原研究所 大陸碰撞與高原隆升重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北京 100101

2 中國(guó)科學(xué)院青藏高原地球科學(xué)卓越創(chuàng)新中心 北京 100101

羌塘與拉薩地塊處于青藏高原的核心位置。青藏高原北羌塘及拉薩地塊的年代學(xué)及古地磁學(xué)研究表明，北羌塘地塊在距今約 3 億年前位于南半球（21.9o±4.7oS）岡瓦納大陸附近，因而不支持北羌塘地塊來(lái)自北方勞亞大陸。北羌塘隨后開始其持續(xù)的北向漂移過程，在約 2.1 億年前到達(dá)當(dāng)前緯度位置（34oN），形象地表明其是一只“岡瓦納大陸的早飛鳥”。拉薩地塊從岡瓦納大陸裂離后的漂移演化史則與北羌塘地塊差別明顯。自晚古生代—中生代（石炭紀(jì)—三疊紀(jì)）拉薩地塊從岡瓦納大陸北緣裂離后，其運(yùn)動(dòng)學(xué)演化過程更顯得“猶豫不決”。最新的古地磁研究表明拉薩地塊自岡瓦納大陸裂離后并未顯示出明顯的快速北向漂移趨勢(shì)，而是呈現(xiàn)出較為慢速的漂移，直到距今約1.8 億年前（早侏羅世）到達(dá)位于南半球赤道附近（3.7o±3.4oS），隨后與北面的羌塘地塊在晚侏羅世首先從東部發(fā)生碰撞，隨后于早白堊世時(shí)期兩個(gè)地塊完成拼貼。之后的印度次大陸快速向北漂移并在早新生代（距今 6 500 萬(wàn)年前）發(fā)生印度-亞洲大陸碰撞，繼而對(duì)新生代時(shí)期歐亞大陸地形地貌格局產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。

北羌塘地塊，拉薩地塊，岡瓦納大陸，勞亞大陸，漂移歷史

DOI 10.16418/j.issn.1000-3045.2017.09.003

1 大陸板塊“聚散史”

在距今約 3.6 億年前的遠(yuǎn)古時(shí)期，地球上僅存在兩個(gè)超級(jí)大陸：位于北半球的超級(jí)大陸稱為勞亞大陸，由現(xiàn)今北美大陸、格陵蘭島以及歐亞大陸的北部組成；位于南半球的超級(jí)大陸稱為岡瓦納大陸，包括今天的南美洲、非洲、印度、澳大利亞、阿拉伯和南極等大陸。兩者之間是廣闊的古特提斯大洋，類似今天的太平洋。岡瓦納大陸是當(dāng)時(shí)地球上最大的大陸聚合體（超級(jí)大陸），共覆蓋地表超過 1 億平方公里的面積，占地球表面積逾 20%[1]。在寒武紀(jì)晚期到奧陶紀(jì)早期，岡瓦納大陸的范圍甚至從南極（北非地塊）直到赤道地區(qū)（澳大利亞大陸）都有分布。

在距今約 3.2 億年前（晚石炭世），南方的岡瓦納大陸與北方的勞亞大陸聚合并形成當(dāng)時(shí)地球上唯一的聯(lián)合古大陸——Pangea（有中文文獻(xiàn)將其譯為盤古聯(lián)合古陸）。大約稍晚些時(shí)候（距今約 3 億年前）聯(lián)合古大陸開始解體（圖 1）：北方的勞亞大陸一分為二，分別是北美大陸和歐亞大陸；而南方的岡瓦納大陸則像從高處跌落的瓷盤，徹底解體——除南美洲、非洲、印度、澳大利亞、阿拉伯和南極幾個(gè)大陸塊外，還包括眾多的小陸塊[2-5]。羌塘和拉薩就是其中的兩個(gè)小陸塊，這兩個(gè)小陸塊的特殊性在于岡瓦納大陸分出的其他大陸/地塊的古地理位置都已獲得精確限定，然而羌塘和拉薩的屬性和來(lái)源一直沒有很好限定。最新研究表明，羌塘和拉薩從岡瓦納大陸分離后，漂洋過海，跨過寬廣的特提斯洋，從南半球漂移至北半球，經(jīng)過漫長(zhǎng)的旅程最后加入了歐亞大陸，最終成為組成青藏高原的兩大核心地體——羌塘地塊和拉薩地塊[6,7]。

2 從岡瓦納大陸啟航最早的北羌塘地塊

“岡瓦納大陸”這個(gè)名詞最初是由奧地利地質(zhì)學(xué)家修斯（Eduard Suess）在《地球的面貌》（The Face of the Earth）一書中提出的。岡瓦納大陸是一個(gè)遠(yuǎn)古時(shí)期存在于南半球的古大陸，也稱南方大陸[8]，它因印度中部的岡瓦納地方而得名。在印度半島，由石炭系到侏羅系，從下部的特征冰磧層到上部的含煤地層，統(tǒng)稱為“岡瓦納（巖）系”。南半球各大陸都發(fā)現(xiàn)有這一時(shí)代的相似巖系和化石，根據(jù)這一相似性和其他證據(jù)，便把這個(gè)古大陸命名為岡瓦納大陸。學(xué)界當(dāng)前對(duì)于岡瓦納大陸的幾個(gè)主要塊體組成并無(wú)異議，然而，對(duì)于一些微型地塊（或陸塊）的來(lái)源卻存在較大爭(zhēng)議。南羌塘來(lái)自岡瓦納大陸已是公認(rèn)，但北羌塘地塊的來(lái)源及其漂移歷史一直爭(zhēng)議很大：一些學(xué)者認(rèn)為，北羌塘地塊來(lái)自北方勞亞大陸，然而還有一些學(xué)者認(rèn)為北羌塘地塊在晚古生代時(shí)期就已從岡瓦納大陸裂解出來(lái)，甚至還有觀點(diǎn)認(rèn)為北羌塘地（與南羌塘地塊一起）與當(dāng)時(shí)的華北地塊、塔里木地塊、揚(yáng)子地塊以及其他一些島陸共同組成中國(guó)古大陸的主體，與勞亞大陸和岡瓦納大陸“三足鼎立”[9]。爭(zhēng)議的主要原因是北羌塘地塊缺乏石炭紀(jì)—二疊紀(jì)典型的冰筏礫巖[2-4]，因?yàn)檫@種冰海雜礫巖是在距今約 3 億年前岡瓦納大陸的標(biāo)志性沉積[2-4]，其在南美洲、非洲、澳大利亞、印度以及南極大陸都有發(fā)現(xiàn)。但北羌塘的地層和古生物又明顯不同于歐亞大陸的塔里木地塊和昆侖山地塊，而與揚(yáng)子地塊有很高的相似性。因而試圖通過古生物地層的對(duì)比來(lái)揭示北羌塘地塊的來(lái)源是行不通的。近現(xiàn)代古地磁學(xué)的發(fā)展，為更精確地厘定岡瓦納大陸解體及隨后歐亞大陸各地塊拼貼聚合過程提供了可靠資料。

圖1 羌塘地塊、拉薩地塊與岡瓦納大陸、勞亞大陸的關(guān)系及古地理重建（a）距今2.1億年；（b）距今3.0億年

中科院青藏高原所大陸碰撞研究組通過古地磁學(xué)方法對(duì)北羌塘下二疊統(tǒng)開心嶺群火山巖進(jìn)行了詳細(xì)研究。精確的鋯石 U-Pb 時(shí)代表明開心嶺群火山巖的年齡為 2.97 億年，高質(zhì)量的古地磁數(shù)據(jù)表明北羌塘地塊在距今 2.97 億年前位于南半球（21.9°±4.7°S），此時(shí)北羌塘離岡瓦納大陸較近，而遠(yuǎn)離北半球的勞亞大陸。這不僅指示北羌塘地塊在距今約 3 億年之前已經(jīng)從岡瓦納大陸裂解出來(lái)，還可以解釋為什么北羌塘缺乏典型的冰筏沉積。為了進(jìn)一步揭示北羌塘的漂移歷史，項(xiàng)目組還對(duì)同一地點(diǎn)的晚三疊世的火山巖開展了古地磁研究。結(jié)果表明，到距今約 2.1 億年前左右，北羌塘地塊的古緯度已為 31.7°±3.0°N——在誤差范圍內(nèi)已達(dá)到目前的緯度（34°N）；同時(shí)，也表明此時(shí)北羌塘地塊已與歐亞大陸發(fā)生碰撞，成為歐亞大陸新的南緣。因而自距今 3.0—2.1 億年前，北羌塘地塊自南向北漂移了約 7 000 公里，平均漂移速度約為 7.0 厘米/年[10,11]。

3 “走走停?！钡睦_地塊

拉薩地塊中部措勤地區(qū)敵布錯(cuò)北緣（84.7°E，30.9°N）的三疊紀(jì)海相嘎仁措組古地磁學(xué)結(jié)果顯示，拉薩地塊在早—中三疊世和晚三疊世時(shí)期（距今2.4—2.1億年前）古緯度分別位于南半球 16.5°S 和 18.4°S，長(zhǎng)時(shí)期徘徊在南半球（圖 1 和 2），顯得“猶豫不決”，但也證明拉薩地塊在早三疊世也已從南半球的岡瓦納大陸裂離出來(lái)并位于南半球中—低緯度地區(qū)[12]。隨后拉薩地塊緩慢向北漂移，在距今 1.8 億年時(shí)繼續(xù)向北漂移至南緯3.7°S 附近[13]（圖 2），早白堊世（距今 1.2 億年前）已經(jīng)到達(dá)位于北緯 13.1°N 的位置[14]。距今 8 000萬(wàn)年時(shí)，拉薩地塊西部亞熱和獅泉河盆地晚白堊世的古地磁研究得到拉薩地塊還在北半球約 12°N[15]，因而拉薩地塊在整個(gè)白堊紀(jì)顯得有點(diǎn)“裹足不前”，一直在北半球 12°N 左右徘徊。它在等待一個(gè)同伴——印度次大陸。

4 “急速追趕”的印度次大陸

印度次大陸（及其次大陸最北緣的喜馬拉雅部分）在晚侏羅世從岡瓦納大陸分離后，開始向北快速漂移，并急速追趕拉薩地塊。最新研究表明，早新生代（距今 6 500 萬(wàn)—6 000 萬(wàn)年前）[16-18]，印度次大陸已經(jīng)在北緯 13° 附近與歐亞大陸最新南緣（拉薩地塊）發(fā)生初始碰撞，隨后拉薩地塊與印度次大陸一起漂移到目前的位置（30°N）。印度-歐亞大陸碰撞也被認(rèn)為是距今 5 億年以來(lái)地球歷史上發(fā)生的最重要的造山事件[6-7]。盡管地質(zhì)歷史上曾經(jīng)發(fā)生過多次大洋關(guān)閉以及大陸碰撞，但唯獨(dú)印度次大陸與歐亞大陸的碰撞引起了大面積的地表隆起。這種碰撞和持續(xù)作用，其影響范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了青藏高原，甚至波及中亞腹地、東南亞和中國(guó)東部地區(qū)[19]。圍繞這一重大地質(zhì)事件，早在 19 世紀(jì)末期，就有國(guó)外學(xué)者對(duì)青藏高原的形成提出了認(rèn)識(shí)；在 20 世紀(jì)初期，有學(xué)者提出青藏高原的形成是由于印度次大陸向歐亞大陸下方的俯沖導(dǎo)致兩大陸間發(fā)生強(qiáng)烈擠壓變形從而導(dǎo)致高原隆升。近年來(lái)，地球科學(xué)家們開展了大量的研究，取得了海量的數(shù)據(jù)及研究成果。關(guān)于印度-歐亞大陸初始碰撞研究，國(guó)際上普遍接受的觀點(diǎn)認(rèn)為，印度次大陸首先在西構(gòu)造結(jié)與歐亞大陸發(fā)生碰撞，然后向東穿時(shí)性封閉[7,19,20]，普遍接受的碰撞起始時(shí)間為距今 5 500 萬(wàn)年[21]。最新的來(lái)自巴基斯坦北部 Hazara-Kashmir 地區(qū)的鋯石年齡譜、物源分析以及前陸盆地分析研究也證實(shí)，西構(gòu)造結(jié)地區(qū)的初始碰撞在距今 5 600 萬(wàn)—5 500 萬(wàn)年[22]。同時(shí)，根據(jù)近 10 年我國(guó)境內(nèi)雅魯藏布江縫合帶的研究資料，國(guó)內(nèi)科學(xué)家首次提出印度次大陸與歐亞大陸的碰撞時(shí)間要更早，起始時(shí)間很可能在距今 6 500 萬(wàn)年前，碰撞首先從中部開始，然后分別向西構(gòu)造結(jié)和東構(gòu)造結(jié)穿時(shí)性封閉[16,23-25]。新的模型預(yù)測(cè)：碰撞后（1）青藏高原將發(fā)生大規(guī)模的陸內(nèi)俯沖，陸內(nèi)俯沖可能是青藏高原大規(guī)模變形的主要?jiǎng)恿W(xué)模式；（2）大規(guī)模的陸內(nèi)俯沖將引起變形的遠(yuǎn)程效應(yīng)；（3）青藏高原碰撞后將發(fā)生大規(guī)模的陸內(nèi)巖漿活動(dòng)和成礦作用。

圖2 歐亞大陸、印度及華北地塊視極移曲線以及拉薩、特提斯喜馬拉雅地塊自晚古生代至新生代古地磁數(shù)據(jù)及其所反映的古緯度變化[13]

總之，大陸間碰撞通常是一個(gè)極為復(fù)雜的過程，碰撞前的大陸邊緣形狀是各種各樣、不規(guī)則的，如南美大陸西側(cè)是平直、簡(jiǎn)單的活動(dòng)大陸邊緣；澳大利亞與亞洲大陸碰撞一側(cè)的亞洲大陸活動(dòng)邊緣則是非常復(fù)雜的，包括陸緣弧、島弧、微大陸和邊緣海等；俯沖的板片也可能出現(xiàn)海山、島鏈、海底高原及微陸塊等；而印度次大陸邊緣存在凸出的岬角和凹進(jìn)的海灣，因而碰撞首先發(fā)生在兩大陸凸出的岬角部位，在凸出點(diǎn)之間或一側(cè)仍殘留有大洋巖石圈。進(jìn)一步的大陸-大陸會(huì)聚，使碰撞大陸部位向開放的殘留大洋巖石圈做逆沖推覆或走滑變形，直至碰撞系統(tǒng)內(nèi)所有大洋巖石圈被俯沖或被掩埋，然后碰撞變形將傳遞到更寬闊的兩側(cè)大陸之上。因此，可以想象，一個(gè)數(shù)千公里長(zhǎng)的大陸碰撞帶，如印度次大陸與歐亞大陸的碰撞，其碰撞將是穿時(shí)的，從最初的碰撞到系統(tǒng)內(nèi)所有洋殼消失后的全面碰撞，可能要持續(xù)幾十個(gè)百萬(wàn)年。

5 結(jié)論

（1）距今 3 億年前（晚石炭世），岡瓦納大陸主體仍然位于南半球中、高緯度帶，羌塘地塊已經(jīng)從超大陸北緣裂離出來(lái)并發(fā)生向北的漂移，而此時(shí)拉薩地塊則仍然與岡瓦納大陸連接在一起。

（2）晚三疊世（距今 2.1 億年前），羌塘地塊已經(jīng)到達(dá)北緯中緯度地區(qū)（與現(xiàn)今緯度一致），表明此時(shí)羌塘地塊已經(jīng)與中國(guó)華北等主要地塊完成拼合過程且在運(yùn)動(dòng)學(xué)意義上與歐亞大陸不可區(qū)分，此時(shí)代表歐亞大陸與岡瓦納大陸之間的古特提斯洋（Paleo-Tethys）已經(jīng)關(guān)閉，但中特提斯洋（Meso-Tethys）仍廣泛存在，緯向?qū)捈s 3 500—4 200 公里。拉薩地塊則仍位于南半球中緯度地區(qū)（16°S 附近）。

（3）早侏羅世時(shí)期（距今1.8億年前），拉薩地塊仍然向北漂移并到達(dá)位于南半球赤道附近（3.7°±3.4°S）。早白堊世時(shí)期（距今約 1.2 億年前），拉薩地塊則已經(jīng)越過赤道并與位于北半球的羌塘地塊完成了塊體間的拼貼過程，該過程很可能一直持續(xù)到晚白堊世。此時(shí)拉薩地塊最南緣位于10°N—20°N。

（5）晚白堊世時(shí)期（距今約 8 000 萬(wàn)年前），非洲大陸已經(jīng)向北漂移，且印度次大陸漂移至 10°S—30°S范圍，羌塘地塊于拉薩地塊并歐亞大陸整體古緯度幾乎無(wú)明顯變化，拉薩地塊很可能仍然位于 13°N 附近。

（6）早新生代時(shí)期（距今 6 500 萬(wàn)年前），印度次大陸已經(jīng)在 13°N 附近與歐亞大陸最新南緣（拉薩地塊）發(fā)生初始碰撞。印度次大陸與歐亞大陸之間強(qiáng)烈匯聚縮短擠壓[7,16]，把先期到達(dá)的羌塘和拉薩兩地塊緊緊地?cái)D壓在歐亞大陸南部，組成青藏高原的核心。

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Core Fragments of Tibetan Plateau from Gondwanaland United in Northern Hemisphere

Ding Lin1,2Li Zhenyu1Song Peiping1
（1 Key Laboratory of Continental Collision and Plateau Uplift, Institute of Tibetan Plateau Research, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China;2 Center for Excellence in Tibetan Plateau Earth Sciences, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China）

Paleomagnetic and geochronological studies conducted in the North Qiangtang and Lhasa blocks indicate firstly, the North Qiangtang block was situated in the latitudinal band of 21.9°±4.7°S in southern hemisphere 297 Ma ago, ruling out the long-lasting working hypothesis on the North Qiangtang block of its Laurasian origin, and secondly, attest North Qiangtang’s Gondwana origin much earlier and subsequently started its northward drifting journey after rifted from northern margin of the Gondwanaland. The North Qiangtang block reached its present latitude some 210 Ma ago. Thus, the North Qiangtang block can be vividly viewed as “an early bird of the Gondwana” in this context. While northward drifting history of the Lhasa block is quite different from the North Qiangtang block’s. Conversely, “wandering back and forth” featured the Lhasa block since its rift from Gondwanaland during Late Paleozoic-Early Mesozoic. Subsequently, the Lhasa block drifted northward slowly since its rift instead of “fast moving” trend as it did for the North Qiangtang block. The Lhasa block reached 3.7°S in the southern hemisphere at ～180 Ma (Early Jurassic), indicating its low-latitude presence around the equator then, and firstly collided with the Qiangtang block to the north in both eastern ends of two blocks during Late Jurassic. The suturing process was finished yet by Early Cretaceous. Clearly as we all know, the Indian subcontinent started its fast moving track since Early Jurassic and collided with the Eurasia at～65 Ma (Early Paleocene), this still ongoing convergence between the India and Eurasia has re-shaped the topography and landscape occurred not only in Asia, but also in Europe.

North Qiangtang block, Lhasa block, Gondwanaland, Laurasia, drifting history

*資助項(xiàng)目：中國(guó)科技部深地專項(xiàng)（2016YFC060030 3），國(guó)家自然科學(xué)基金（41490615、41472185），中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（B類）（XDB03010401），中國(guó)博士后基金（2017M611 016）

修改稿收到日期：2017年9月13日

丁 林 中科院青藏高原所研究員，中科院大陸碰撞與高原隆升重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任。博士，構(gòu)造地質(zhì)學(xué)專業(yè)。畢業(yè)于北京大學(xué)。E-mail: dinglin@itpcas.ac.cn

Ding Lin Professor of Structure Geology. Graduated from Peking University, he serves as the Director of Key Laboratory of Continental Collision and Plateau Uplift, Institute of Tibetan Plateau Research, Chinese Academy of Sciences. E-mail: dinglin@itpcas.ac.cn